Mobile Zustandsüberwachung in der Leittechnik

Durch die extrem kurzen Innovationszyklen im Bereich der Mobiltelefonentwicklung und nicht zuletzt durch die Einführung der ersten iPhone-Generation im Jahr 2007, hat sich der Mobilfunkmarkt in den vergangenen vier Jahren komplett verändert. Ein Großteil der heute am Markt verkauften Geräte zählt zur Klasse der Smartphones (Bild 1). Dabei spielt die ursprüngliche Primärfunktion des Telefonierens oft nur noch eine untergeordnete Rolle. Haben anfänglich nur die privaten Benutzer an diesen neuen, mobilen Möglichkeiten Gefallen gefunden, haben diese Technologien schon längst Einzug in den Business-Bereich gehalten. Das \’mobile\‘ Büro wird von verschiedensten Branchen angenommen und ist bei der Arbeit heute kaum mehr wegzudenken. Obwohl im App-Store von Apple aktuell über 425.000 Apps zum Download angeboten werden, befindet sich nach wie vor darunter nur eine geringe Anzahl an geeigneten Lösungen für den industriellen Einsatz, speziell für die Produktion. Ähnliches lässt sich über den zwar noch jüngeren aber auch umfangreichen Marketplace für Android Geräte aussagen. Der Grund hierfür ist, dass die am Markt befindlichen Leitsysteme in ihren Ausprägungen sehr unterschiedlich sind und die Apps auf die jeweiligen Bedürfnisse zugeschnitten sein müssen. Universelle Lösungen als Herausforderung Daher ist es im Gegensatz zum Konsumermarkt des überwiegend privaten Anwendungsbereichs eher schwer eine universelle Lösung zu realisieren. Es existieren am Markt zwar erste Toolbox-Lösungen, die eine Integration von bestehenden und neuen Meldesystemen aus der Gebäudeleittechnik, Scada-System, MES oder jedem anderen Datenserver zu einem Gesamtsystem ermöglichen, diese bieten aber nicht den Funktionsumfang, um die jeweiligen Bedürfnisse der Installation optimal befriedigen zu können. Daher ist es aus Betreibersicht besser, passend zum ausgerollten Leitsystem, dem Anwender eine mobile Lösung in Form von optimal abgestimmten Apps an die Hand zu geben. Dabei ist die nächste Hürde die Wahl der Hardware-Plattform. War vor einigen Jahren noch Blackberry im Smartphone-Bereich als Standard gesetzt, etablieren sich zunehmend weitere, diverse Plattformen mit unterschiedlichen Betriebssystemen, allen voran iOS und Android. Die neue Herausforderung besteht nun darin, Lösungen zu schaffen, die für die wichtigsten Geräte gleichermaßen eingesetzt werden können, sodass der Endkunde seine Wunschhardware frei wählen kann. Innovative Lösungen bieten Informationen in Echtzeit Diesen allgemeinen Trend soll sich die Automatisierungstechnik bei innovativen Lösungen zu Nutze machen. Die Beurteilung eines komplexen, oder auch hochautomatisierten Produktionsprozesses erfordert u.a. aussagekräftige Kennzahlen. Nur ein Kennzahlensystem, das die Informationen in Echtzeit aufbereitet und zur Verfügung stellt, ermöglicht dem Management die effektive Kontrolle und Steuerung der Produktion. Zur Datenerfassung, Berechnung und Archivierung der Kennzahlen werden eigenständige Systeme oder Funktionsmodule in integrierten Produktionssystemen, wie beispielsweise einem MES (Manufacturing Execution System) eingesetzt. Drei Aspekte, die besonders im Umfeld der hochautomatisierten Fertigung zum Tragen kommen, sind besonders hervorzuheben: Eine Online-Anbindung der Produktionssteuerungen an das Leitsystem erlaubt eine zeitnahe qualitativ hochwertige Datenerfassung. Die Weiterleitung der Daten an das mobile Endgerät muss ohne größere Verzögerungen erfolgen (Bild 2). Die Anbindung der Steuerungen des Shop-floors erfolgt entweder über Standards wie beispielsweise OPC oder über eine direkte Socket-Verbindung (TCP/IP). Das Gateway bucht alle Prozesswerte und Meldungen der Steuerungsebene in die zentrale Datenbank des MES ein. Auf diese greift wiederum der Webserver zu. Die Aufbereitung der Daten für die Rechner (Webclient) in der Fertigung und die Smartphones erfolgt mit einer Webapplikation. Falls gewünscht, kann aus Gründen der höheren Sicherheit auch ein zweiter Webserver außerhalb der Firewall zur Anbindung der mobilen Endgeräte installiert werden. Die gesamte Kommunikation des MES ist dabei bidirektional ausgelegt. Auch alle Daten, die an den Shopfloor versendet werden, werden zuvor in der Datenbank verbucht. Flexible Kennzahlen-Berechnung Die Berechnung der Kennzahlen muss flexibel an die Bedürfnisse verschiedener Produktionsbereiche angepasst werden können.Ein flexibles Visualisierungswerkzeug für die erfassten Rohdaten und für die berechneten Kennzahlen wird benötigt. Denn Daten, die nicht ansprechend verteilt werden, werden letztlich auch nicht genutzt. Zurzeit ist ein Trend zur Vereinfachung des Reportings auf möglichst wenige Kennzahlen mit \’Dashboards\‘ oder \’Ampellösungen\‘ zu beobachten. Dies mag zur Erstbeurteilung einer Situation ausreichen, ermöglicht aber keine weitere Analyse und damit auch keine Ableitung von Maßnahmen. Das Reporting der Kennzahlen sollte deshalb Möglichkeiten zum \’Drill-Down\‘ bieten (wie setzt sich der Wert zusammen und welche Teilaspekte waren wesentlich) und auch die Historie der Kennzahl (ist der Wert im Trend oder eher ein Ausreißer) bereitstellen. Im industriellen Umfeld, mit dem meist hohen Automatisierungsgrad, hat sich die OEE (Overall Equipment Efficiency = Produkt aus Verfügbarkeit, Leistungsrate und Qualitätsrate) als universeller Gradmesser etabliert. Der Faktor Verfügbarkeit spiegelt die Zuverlässigkeit der Maschinen und Anlagen und berücksichtigt Störeinflüsse. Der Faktor Leistungsrate gibt Aufschluss über Leerlaufzeiten und Taktzeitüberschreitungen und die Qualitätsrate repräsentiert Verluste aus Qualitätsproblemen. Die OEE ist somit ein Indikator, der alle relevanten Einflüsse einschließt. Sie liefert damit einen ersten Indikator für eine generelle Beurteilung, erlaubt aber kaum eine tiefer gehende Ursachenforschung. Für detaillierte Betrachtungen sind die Einzelfaktoren bzw. andere Kennzahlen, die problemspezifisch angepasst werden, in der Regel besser geeignet. Besonders der Faktor \’Verfügbarkeit\‘ wird in vielen Anwendungen sehr unterschiedlich berechnet und auch interpretiert. Eine Gliederung der Verfügbarkeit in \’technische\‘ (aus Sicht der Anlage / Maschine), \’systembedingte\‘ (Stillstände die von angrenzenden Anlagen / Maschinen verursacht wurden) und \’organisatorische\‘ Anteile ist ein Beispiel für eine solche Detaillierung. In die OEE fließt dann eine \’Gesamtverfügbarkeit\‘ ein, die sich aus einer von Überlappungen bereinigten Betrachtung der drei genannten Teilaspekte ergibt. Mit der KPI-App von iLegato hat der Mitarbeiter die Möglichkeit zu jeder Zeit auf seine im System abonnierten Kennzahlen seines Produktionsbereichs zugreifen zu können. Ausgehend von beispielsweise der OEE können so durch Drill-Down weitere Kennzahlen des Knotens zur Beurteilung der Situation herangezogen werden. Die Konfiguration erfolgt dabei komfortabel auf einfache Weise über den regulären Webclient des Leitsystems, lauffähig in einem Standard-Webbrowser. Soll-/Ist-Vergleiche im Schichtrythmus In der industriellen Produktion ist eine \’Schicht\‘ als Betrachtungszeitraum zur Erhebung von Produktionskennzahlen etabliert. Im Schichtrhythmus werden üblicherweise Produktionsvorgaben definiert (z.B. Menge und Produkte) und auch die Produktionsmitarbeiter arbeiten im Schichtbetrieb. Damit werden Soll-/Ist Vergleiche möglich und die Mitarbeiter haben unmittelbaren Bezug zu den Kennzahlen \’ihrer\‘ Schicht. Mit iLegato hat der Mitarbeiter die Möglichkeit auf alle archivierten Kennzahlen seines abonnierten Knotens zuzugreifen. Zur zielsicheren Eingabe erfolgt die Datumsauswahl dabei über großflächige Elemente. Zusätzlich kann, um beispielsweise die Anzeige entsprechend einzuschränken, auf \’Frühschicht\‘ gefiltert werden. Die Berechnung von Kennzahlen in definierten Betrachtungszeiträumen bietet den Vorteil der Vergleichbarkeit und liefert Trendaussagen über längere Zeiträume. Eine unmittelbare Reaktion durch die Produktionsleitung oder Instandhaltung auf ungenügende Ergebnisse ist aber immer erst am Ende der Periode möglich. Dieses Manko behebt die Online-Ermittlung der Kennzahlen. Zu jedem Zeitpunkt innerhalb der Schicht können die Verantwortlichen auf Basis dieser Werte korrigierend eingreifen. An dieser Stelle kommt der Vorteil von mobilen Endgeräten voll und ganz zum Tragen. Auch alle Online-Kennzahlen können, äquivalent zur vorhergehenden Beschreibung, entsprechend abonniert und am Gerät in nahezu Echtzeit angezeigt werden (Bild 3). Fazit und Ausblick